（神华国华清远发电有限责任公司 广东清远 513000）
摘要：配置高位收水自然通风冷却塔火电机组，其出塔水压较常规塔要高14m左右，这造成配套的循环水泵与常规塔循环水泵在选型及其泵房设计上有许多不同之处。本文通过对某火电工程循环水泵选型方案（立式斜流泵、立式蜗壳泵、卧式中开泵）进行经济、技术比较，给出配置高位收水冷却塔火电厂循环水泵泵型推荐方案。
关键词：火电机组; 高位收水自然通风冷却塔; 循环水泵; 立式斜流泵; 立式蜗壳泵; 卧式中开泵
前言
近年来新建百万级燃煤电厂越来越多，在国家节能减排的大背景下，高位收水自然通风冷却塔（以下简称高位塔）以其显著的节能降噪优势越来越受到燃煤电厂的青睐，得以广泛应用。对百万千瓦火电机组高位塔，其出塔水压较常规塔要高14m左右，这是高位塔节能的来源，同时又造成高位塔配套的循环水泵与常规塔循环水泵在选型及其泵房设计上有许多不同之处，循环水泵合理的选型与泵房设计对高位塔乃至整个循环水系统的安全可靠运行起至关重要的作用。本文通过对某电厂工程循环水泵选型方案进行经济、技术分析比较，给出配置高位塔火电厂循环水泵选型方案。
1概述
某电厂位于广东北部山区，拟新建两台1000MW超超临界二次再热燃煤机组，根据厂址条件，拟采用配置高位塔的二次循环冷却水系统。循环水泵房布置于冷却塔区域，每台机组设泵房一座。经过冷端优化后的循环水系统推荐每台机组配置3台33.3%容量的循环水泵，不设备用。每台泵额定参数为：Q=10.46/9.3m³/s，H=20.2/16.5m，N=2700/2100KW。
2循环水泵选型的基本原则和要求
火电厂选择循环水泵应该遵循以下几点原则:
1) 当汽轮机以额定工况运行时，应满足对凝汽器乏汽的冷却循环要求，并保证循环水泵尽量在设计工况点附近运行。
2) 所选水泵的Q—H 曲线要平缓，保证水泵在流量变化较大时，仍然有足够大的出力。
3) 流量和扬程要留有一定的富裕量，不能过大或者过小: 富裕量过大会造成水泵实际运行时工况点偏离最佳工况点，水泵的效率低下; 富裕量过小容易满足不了出力的要求。
4) 选择耐磨高效、吸上能力强、抗汽蚀性能好、适用范围广的水泵，应注意防止汽蚀发生。从样本上查出标准条件下的允许吸上真空高度或临界汽蚀余量，验算其几何安装高度。通常状况下，在一个大修期内，水泵的磨损扬程可能下降2%～5%，故扬程可留有2%～ 5%的余量，但是所留余量不得超过10%。要考虑装置的布置、地形条件、水位条件、运转条件、经济方案比较等多方面因素。
5) 选择水泵时，既要考虑其经济性和安全性，又要考虑运行维护的方便性，要便于运行调度、维修和管理。
3配置高位塔火电厂循环水泵泵型分析
从叶轮的型式上来分，水泵可分为离心泵、混流泵（斜流泵）、轴流泵。为保证水泵高效稳定运行，对水泵的选型一般是按泵比转数进行选择，低比转数泵适合于高扬程小流量工况，高比转数泵适合于低扬程大流量工况。离心泵适合的比转数ns一般在30～300，混流泵在300～500，轴流泵在500～1000，对百万机组火电厂湿冷系统，一般循泵比转数多在300以上，采用混流/斜流叶轮居多。
3.1 立式斜流泵
立式斜流泵即空间导叶立式长轴斜流泵，为火电厂中循泵的主流泵型，对1000MW级电厂一般配置为1机3泵或1机2泵。配置高位塔火电厂循环水泵泵房为地上式布置方，进水间设置有钢闸门和平板滤网，每台循泵具有独立的进水流道，循泵具有良好的吸水条件和清污条件，任意一台水泵故障时均可不停机检修，安全可靠性好。
立式斜流泵已在重庆万州电厂、山东寿光电厂等配置高位塔的火电厂得到成熟应用，该型泵技术成熟、性能可靠、效率高（设计点效率≥88%）等优点，但缺点是地上式泵房较高，虽与高位塔整体相比并不突兀，但美观性方面有所欠缺。
3.2 立式蜗壳泵
立式涡壳泵在湿冷系统的火电厂中运用较少，该型泵对吸水口的流态均匀性要求较高，一般需设钟/肘型进水流道以保证水泵进水条件。
在高位塔循环水泵应用上，安徽安庆电厂采用1机3泵的方案，并直接采用了带90°变径弯头的管道吸水，这样就省去了进水间，降低了水泵间高度。从实际运行效果看，安庆电厂立式涡壳泵从2015年6月投运至今还未现较大问题，运行效果良好。
立式涡壳泵因为采用立式结构导致在安装、检修时较复杂，采用钟/肘型进水流道则使得泵房占地和投资超过立式斜流泵方案。立式蜗壳泵泵壳及其前后管道为承压系统，检修时必须保证泵前、后阀门严密止水才能打开泵壳，若发生大的泄漏时泵房可能被淹没，在安全可靠性方面较立式斜流泵方案差。
3.3 卧式中开泵
卧式水平中开泵在中小型机组及采用间冷系统的电厂中应用较多，在大机组中很少用到。随着水泵制造技术的发展，近年来相继有大流量卧式中开循环水泵投入运行，如宁夏枣泉电厂、山东莱芜电厂等，目前尚无应用在高位塔循环水系统中的业绩。
卧式中开泵作为高位塔配套循环水泵，其优点是可将水泵和电机布置在地面上，采用管道吸水，布置简单、检修方便，能避免大的泄漏淹没泵房的风险，同时还可进一步减少泵房工程量，节省土建投资。
卧式中开泵方案的缺点是大流量泵业绩较少，技术不成熟，作为百万千瓦机组高位塔配套循环水泵，目前常规推荐意见是一机四泵的配置方案，占地面积大。卧式中开泵与立式蜗壳泵一样，泵壳为承压结构，检修时必须保证泵前、后阀门严密才能进行检修作业，对阀门的要求非常高。
4本工程循环水泵选型比较分析
就本工程循环水泵的选型方案来说，也经历了多个阶段，设计单位在可研阶段推荐的方案是常规立式斜流泵方案，但后续对已投产的重庆万州电厂、安徽安庆电厂、山东莱芜电厂分别进行了循环水泵应用调研。重庆万州电厂的立式斜流泵方案由于有高大的泵房框架结构，视觉效果差；安徽安庆电厂的立式蜗壳泵方案运行良好，但该方案投资大，电厂选择立式蜗壳泵方案主要原因是泵房在水平及空间均受限制；山东莱芜电厂循环水泵选用一机三泵的卧式中开泵方案，但由于其配套常规塔使用，故需对泵房进行负挖，投资较大。
本工程在选择循环水泵方案时充分考虑了三种方案的优缺点，并对三种泵型配置方案（一机三泵）进行了工程造价比较，结果见表1。其中循环水泵及电机报价咨询国内主要循环水泵制造厂，入口阀门为国产蝶阀。
表1 各方案经济性对比表
从上表的对比可以看出，在考虑泵房、起吊、噪声等同等条件下，选用卧式开泵可较基准立式斜流泵方案节省413万元，较立式蜗壳泵方案节省568万元。由于卧式中开泵布置于地面，可进一步取消起吊设备、泵房上部结构，而采用汽车吊的方式进行检修，这样可进一步降低工程造价，可照基准立式斜流泵方案节省初投资约1000万元，具有非常明显的经济效益。
从经济性上比较看出，卧式中开泵方案投资最省，如果技术上可行，则值得推荐。接下来，将对卧式中开泵一机三泵方案进行可行性分析。
5 一机三泵卧式中开泵的可行性
4.1卧式中开泵叶轮类型
本工程经冷端优化计算后，确定配置3台循环水泵，在1机3泵高速运行时比转数为324，在1机2泵高速运行时比转数约420左右，根据水泵选型理论此范围内水泵叶轮最佳型式为混流式叶轮。经与国内几家主要制造厂交流，卧式水平泵在技术上可以改为采用两个背靠背布置的闭式双吸式混流式叶轮，这样就解决了比转数对应泵型问题。
4.2 卧式中开泵效率
对卧式中开泵的效率，由于其采用的双吸闭式混流叶轮水力模型在业内研究较少，相关技术目前还未见有公开文献报道。从卧式水平中开混流泵内部构造上分析，在水泵入口方面，传统混流泵水流是近似直线均匀进入叶轮室的，而双吸混流泵叶轮水流由于蜗壳的作用是以旋流形态进入叶轮的，加之吸水管上阀门对水流的扰动，在水泵进水均匀上较传统混流泵差；在叶轮出口方面，两个混流泵叶轮出水方向是斜交的，在叶轮出口水流会发生撞击、脱流损失及紊流脉动造成额外的水力损失，要消除上述影响所进行的水泵的水力设计优化是比较复杂的。
经与国内三家主要循环水泵制造厂进行技术交流，三家泵厂针对本工程提出的卧式中开泵方案来看，其设计点效率可达89~91%，均超过立式斜流泵（一般为≥88%），但有两个泵厂推荐电机功率与效率88%的水泵相当，没有体现效率高的优势。以大型单级离心泵最高效率可达90%为基准，考虑双吸混流叶轮的流态不利影响效率降低1~2%【1】，则卧式双吸混流泵的最高效率达到88~89%是可能的，因此目前阶段可认为两种泵型效率相当。
表2 各泵厂卧式中开混流泵效率对比表
4.3 卧式中开泵吸水流道
对大型混流泵/轴流泵，吸水条件的优良对水泵的汽蚀性能、效率及振动影响较大，对立式斜流泵和立式混流泵已有相关规范对水泵吸水流道做出了规定。本工程邀请了中国水科院利用带自由表面的三维k−ε气液两相紊流数学模型，精细模拟了三种泵型对应的两种流道（承压式和开敞式）的固壁边界，对高位集水池、压力回水沟、进水前池、吸水池至吸水口等流道的流态及压力分布等水力特性进行了分析研究。
工况：事故工况，初始时刻水位14.4m，流量31.26m3/s；水泵突然断电时出口阀关闭规律为0～5s关闭到30°，5s～50s从30°关闭到全关。
模拟结果表明卧式中开泵方案前池及进水流道流态在稳定工况、启动工况、事故工况下较开敞式流道水面波动幅度大，但波动幅度满足工程要求，对泵的选型不存在限制条件。
4.4卧式中开泵泵壳制造
本工程卧式中开泵进出口直径要达1800mm左右，水泵重量近40t，过去很少有厂家制造这种规模的双吸泵。由于泵壳较大且工作中连续承压在35m水头左右，加之可能存在的水锤作用，对泵壳的铸造要求是比较高的，国内主要泵厂认为目前铸造单位单件铸造重量可达100t以上，且有个别厂家已有尺寸相当的卧式中开泵业绩，从制造能力上看没有问题。
5 结论
通过对各类循环水泵泵型分析，以及相应方案的经济技术比较，可得出如下结论：
1）带高位收水冷却塔的循环冷却水系统循环水泵选择立式斜流泵、立式蜗壳泵、卧式中开泵都是可行的；
2）大流量卧式中开泵应用业绩较少，但通过对卧式中开泵叶轮选型、泵效率、流道数值模拟、蜗壳铸造能力等方面进行技术分析，确定带高位收水冷却塔的循环水系统循环水泵采用卧式中开泵是可行的。鉴于高位塔出水水位高的特点，卧式中开泵方案可以采用地面式布置，从经济性和整体布局及视觉效果考虑选择卧式中开泵方案有较大效益。
3）如果需要进一步降低初投资，除卧式中开泵方案外，还可深入研究取消检修起吊设施、泵房上部结构等，但相应的要研究增加噪音治理方面投资。
4）卧式中开循环水泵方案在带高位收水冷却塔循环水系统上是创新应用，由于大流量卧式中开泵应用业绩少，建议在招标时要选择合适的评标方案，择优选用技术实力强、信用好的设备制造厂，尽量不采用最低价中标的评标方法，以保证循泵的供货质量。
参考文献：
[1]国家标准《离心泵 效率》（GB/T 13007-2011）
[2] 李小芳，张书琦． 水泵选型应用软件的设计［J］．科技信息， 2013( 5)
[3] 郑国.火电厂循环水泵状况分析及优化改造方案[J]. 水泵技术. 2015(01)
论文作者:马志强
论文发表刊物:《电力设备》2017年第26期
论文发表时间:2017/12/20
标签：水泵论文; 卧式论文; 泵房论文; 高位论文; 方案论文; 叶轮论文; 电厂论文; 《电力设备》2017年第26期论文;